Gyldendal Norsk Forlag AS, utgave, 1. opplag. Printed in Norway by PDC Tangen, 2006

Transkript

1 Gyldendal Norsk Forlag AS, utgave, 1. opplag Læreboken er skrevet etter gjeldende læreplan for faget naturfag for yrkesfaglige utdanningsprogram. Boken dekker læreplanmålene Forskerspiren og Bærekraftig utvikling. Printed in Norway by PDC Tangen, 2006 ISBN 13: ISBN 10: Redaktør: Ellen Semb og Klaus Anders Karlson Bilderedaktør: Anita R. Seifert og Hege Blom Design: CMYKDESIGN Sats og layout: Brødrene Fossum AS Omslagsdesign: CMYKDESIGN Omslagsbilde: Science Photo Library, fotograf Dr. jeremy Burgess Tegninger: Hovedtegner: Anne Langdalen Kaj Konrad Klausen: s. 45, 48, 101, 107 Fotografier: GV-press: s. 7 øverst, 49 Minden Pictures, 56 nederst t.v. Science Photo Library, 84 Gandolfo Alessandro/Index Stock, 103 Ole Moksnes AS: s. 6 Samfoto: s. 7 nederst Leif Rustand, 22, 23 Trym Ivar Bergsmo, 24 Baard Næss, 25 Øystein Søbye, 27 øverst Baard Næss, 27 t.v. Svein Grønvold, 27 t.h. Kjell-Erik Moseid, 28 begge Ove Bergersen, 29 Tom Schandy, 30 Bård Løken, 32 Leif Rustand, 34 Baard Næss, 37, 38 Pål Hermansen, 42 Ove Bergersen, 44 Are Hodne, 46 øverst Jørn Areklett Omre, 54 t.v. Asle Hjellbrekke, 54 t.h. Bjørn Rørslett, 55 øverst t.v. Jørn Areklatt Omre, 55 nederst t.v. Bjørn Rørslett, 55 nederst t.h. Bjørn Rørslett, 56 øverst t.v. Leif Rustand, 56 øverst t.h. Jurki Komulainen/Gorilla, 58 t.v. Baard Næss, 58 t.h. Ove Bergersen, 94 Steinar Myhr, 109 Bjørn Rørslett, 112 Svein Grønvold, 114 Øystein Søbye, 115 Trym Ivar Bergsmo Corbis/Scanpix: 55 øverst t.h. Tim Thompson, 56 nederst t.h. Martin B. Withers/Frank Lane Picture Agency, 80, 81 Danny Lehman, 82 Grant Neuenburg, 83 Viviane Moos, 91 Sam Diephuis, 105 øverst Gavriel Jecan, Scanpix: 87 Terje Bendiksby, 88 Pressens Bild, 89 NTB-arkiv, 92 Mikkel Østergaard, 95 Heine Pedersen, 105 nederst Ole Magnus Rapp Det må ikke kopieres fra denne boken i strid med åndsverkloven eller avtaler om kopiering inngått med KOPINOR, interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk. Kopiering i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar og inndragning, og kan straffes med bøter eller fengsel. Alle henvendelser om forlagets utgivelser kan rettes til: Gyldendal Undervisning Postboks 6860 St. Olavs plass 0130 Oslo E-post: undervisning@gyldendal.no

2 Til deg som skal bruke læreverket Dette læreverket dekker kompetansemålene Forskerspiren og Bærekraftig utvikling i læreplanen i naturfag for Vg1. Alt fagstoff, oppgaver og forslag til aktiviteter er samlet i denne boka. Det er utviklet et eget nettsted til læreverket med utfyllende stoff, oversikt over egnede nettsteder, forslag til feltarbeid og andre elevaktiviteter. Nettstedadressen er: I starten av hvert kapittel finner du en kort innledning og en oversikt over hva du skal jobbe med i dette kapitlet. Læreplanen står samlet bak i boka. Kompetansemålene denne boka er skrevet etter, er markert med rød skrift. Det er skrevet tilsvarende bøker for de andre kompetansemålene i læreplanen. Kapitlene veksler mellom to typer tekst. Hovedteksten presenterer og forklarer det naturfaglige lærestoffet. «Blåteksten» tar opp ulike problemstillinger, eksempler og annet aktuelt stoff med tilknytning til innholdet i hovedteksten. De vekker nysgjerrighet og knytter faget til hverdagsopplevelser. Mange av momentene i læreplanen er tatt opp i «blåteksten». For å gjøre arbeidet med stoffet lettere har vi tatt med noe repetisjonsstoff fra grunnskolen der du kan ha bruk for det. Dette stoffet er markert i teksten som repetisjonsstoff og på grønn bakgrunn. Hvert kapittel avsluttes med et sammendrag. Kontrolloppgavene er plassert der det er naturlig å stoppe opp og oppsummere hva du har fått med deg så langt i kapittelet. Bakerst finner du oppgaver som er tydelig merket med fargekode for vanskelighetsgrad. Oppgaver med rødt nummer er vanskeligere enn de andre. Gruppe- og nettoppgaver stimulerer til både muntlig og skriftlig aktivitet. En oppgave med overskriften Utfordring er en større oppgave som tester naturfaglig tekstforståelse. Til slutt kommer forslag til elevforsøk. Arbeidet med naturfag vil gi deg grunnleggende kunnskaper som skal hjelpe deg til å forstå erfaringer du selv gjør, og informasjon du tar imot om kropp og helse, om teknologi og naturvitenskap og om naturen omkring deg. De grunnleggende kunnskapene skal også sette deg i stand til å erobre ny kunnskap, enten det er i programfagene innenfor utdanningsprogrammet ditt, i arbeidslivet eller i senere studier. Arbeidet med naturfag skal dessuten gi deg et kunnskapsgrunnlag for å kunne vurdere informasjon, være med i diskusjoner og ta stilling til viktige samfunnsspørsmål. Det er vårt ønske at dette naturfagverket vil hjelpe deg i læringsarbeidet, og at det bidrar til å vekke interesse og glede mens du arbeider med faget. Trondheim og Stjørdal, februar 2006 Peter van Marion Hilde Hov Tone Thyrhaug Øyvind Trongmo

3 Innhold 1 Naturvitenskap og naturfag 6 Naturfaglig kunnskap 6 Hvem skal ta valgene? 6 Undersøkelser 7 Hypotese 7 Observasjoner 7 Eksperimenter 8 Sikre observasjoner 8 Feil og usikkerhet 9 Å måle med samme mål 10 Modeller av virkeligheten 11 Oppgaver 12 Nett- og gruppeoppgaver 17 Forslag til korte foredrag 17 Forsøk 18 2 Økologi Mennseket endrer miljøet Naturmiljøet 26 Tilpasninger 27 Samspill og sammenhenger 28 Arter og populasjoner 29 Samfunn og økosystem Populasjoner 31 Populasjonsvekst 31 Faktorer som regulerer populasjonsvekst 31 Økologisk bæreevne 35 Jordas befolkning Økosystemer i endring 42 Økologiske suksesjoner 42 Primær og sekundær suksesjon 45 Endringer i økosystemene forårsaket av klimaendringer 47 Sammendrag 50 Oppgaver 51 Nett- og gruppeoppgaver 70 Utfordring 71 Forslag til korte foredrag 72 Feltundersøkelser 73

4

5 1 3 Bærekraftig utvikling De store utfordringene 83 Bærekraftig utvikling 83 Miljøutfordringer 85 Lokalt og globalt 86 Internasjonalt miljøsamarbeid 88 Økologiske fotavtrykk 91 Forbrukernes valg Mat- og vannressurser 94 Mat 94 Vann Helse- og miljøskadelige stoffer 96 Miljøgifter Klimaet 100 Karbonets kretsløp 100 Forbrenning av fossilt brensel 101 Drivhuseffekten 102 Usikker kunnskap 103 Føre-var-prinsippet Biologisk mangfold 108 Reduksjonen av det biologiske mangfoldet 110 Bevaring av det biologiske mangfoldet 112 Sammendrag 116 Oppgaver 118 Nett- og gruppeoppgaver 133 Utfordring 134 Forslag til korte foredrag 135 Rollespill 136 Forsøk 138 Fasit 139 Stikkord 143 Læreplan 144

6 naturvitenskap og naturfag Naturvitenskap og naturfag Naturfaglig kunnskap Vi vet av erfaring at melken holder seg lenger når vi setter den i kjøleskapet. Vi vet at vi kan bli smittet når noen som er forkjølt, hoster eller nyser mot oss. Vi vet også at en flaske brus som står ute i mange kuldegrader, kan fryse i stykker. Dette er eksempler på kunnskap vi har skaffet oss gjennom erfaringer og opplevelser. Men mange vil ikke nøye seg med dette, de vil vite mer. «Hvorfor er det slik? Hvordan kan det forklares?» Mennesker har alltid undret seg over det de kunne observere rundt seg. Undringen er en viktig drivkraft i vår søken etter kunnskap. Uten menneskets undring og nysgjerrighet hadde den naturvitenskapelige kunnskapen vi har i dag, ikke kunnet vokse fram. Men undring og nysgjerrighet er ikke den eneste drivkraften i menneskets søken etter naturvitenskapelig kunnskap. Kunnskap om hva som skjer i melk og andre matvarer som blir bedervet, har satt oss i stand til å velge de beste transport- og oppbevaringsmåtene. Kunnskap om forkjølelsesviruset har gjort det mulig å forstå hvordan vi kan unngå å bli smittet. Jakten på kunnskap om forkjølelsesviruset og andre virus har satt oss i stand til å bekjempe mange sykdommer der virus er årsaken. Naturvitenskapelig kunnskap er med andre ord nyttig for oss. Hvem skal ta valgene? Vi må stadig velge, både i vår egen hverdag og som samfunnsmedlemmer. Hva skal vi spise for å holde oss friske?

7 kapittel 1 Skal vi bygge gasskraftverk i Norge? Hvor skal vi legge den nye veien, og hvor skal det være tillatt å bygge hytter? Vi kan la andre velge for oss. Eller vi kan være med og velge selv. Hvis vi vil velge selv, trenger vi mer kunnskap enn den vi kan skaffe oss gjennom erfaringer og opplevelser. Vi må ha kunnskap som setter oss i stand til å vurdere følgene av de valgene vi gjør. Det mangler sjelden gode råd fra mange hold, enten det gjelder hvilken mat som er sunnest, om vi bør satse på gasskraft, eller hvilken veitrasé som skader miljøet minst. For å kunne gjøre de beste valgene trenger vi kunnskap. Uten grunnleggende kunnskap i naturfag må vi overlate mange valg til andre. Undersøkelser Undersøkelser er grunnlaget for all naturvitenskapelig tenkning. Vi kan for eksempel undersøke hvordan temperaturen virker inn på yteevnen til batterier, og vi kan undersøke hvordan kjøttmeisen finner mat om vinteren. Vi kan også undersøke hva som gjør at vannlopper vi har i et akvarium, først formerer seg og blir mange, men så plutselig går ned i antall. Hypotese Vi starter med å tenke ut mulige hypoteser, eller antakelser vi har. Et eksempel på en hypotese kan være at kjøttmeisen gjemmer mat på faste steder, og at den henter maten fra disse gjemmestedene om vinteren. Et annet eksempel på en hypotese er at vannloppene i akvariet blir færre fordi maten tar slutt. Vi tester hypotesene ved hjelp av observasjoner. Dersom observasjonene våre stemmer med antakelsen vår, hypotesen, styrker det hypotesen. Dersom observasjonene ikke stemmer med hypotesen, kan det bety at hypotesen ikke er riktig og må forkastes. Vi finner antallet vannlopper i et akvarium ved å telle antallet individer i en vannprøve av en kjent størrelse.

8 naturvitenskap og naturfag Observasjoner I undersøkelsene vi gjør, er det viktig at vi sørger for systematiske observasjoner. Vi kan for eksempel videofilme en kjøttmeis mens den leter etter mat, og registrere nøyaktig hvor den finner mat. Vi kan observere hvordan antallet vannlopper endrer seg ved å ta vannprøver og ved å telle antallet individer i prøvene. Vi kan måle ved hjelp av instrumenter og samle data om næringsinnholdet, oksygeninnholdet og andre fysiske forhold i akvariet. Å samle data er altså det samme som å gjøre observasjoner. Observasjonene eller dataene vi samler, må systematiseres. Framstillinger i tabeller og diagrammer gjør det ofte lettere å se sammenhenger i datamaterialet. Eksperimenter Ofte må vi gjennomføre eksperimenter for å kunne gjøre de observasjonene vi trenger. Vi utfører eksperimenter for å skaffe oss observasjoner under forhold som vi selv bestemmer og kontrollerer. Vi tenker oss et eksperiment der vi skal undersøke hvilken betydning næringstilgangen har for vannloppene. Vi velger å bruke fire akvarier, med like mange vannlopper i hvert av dem. Næringsmengden i akvariene er forskjellig. Vi samler data (observerer) og finner ut hvordan individantallet utvikler seg i akvarier med ulike næringsmengder. Det er næringsmengden som er parameteren i eksperimentet vårt. Vi må være sikre på at de forskjellene vi observerer, skyldes at vi varierer denne parameteren, og ikke noe annet. Derfor er det viktig at de andre forholdene i akvariet, som temperatur og lysforhold, er helt like. Vi må også sørge for at avfallsstoffene ikke hoper seg opp i akvariene. Vi varierer altså én parameter, næringsmengde, mellom ulike akvarier, mens de andre forholdene holdes likt hele tiden. Vi kan også utføre et eksperiment for å se på effekten av for eksempel oksygeninnholdet på antallet vannlopper i akvariet. Da velger vi oksygeninnholdet som parameter. Nå er det oksygeninnholdet vi varierer mellom akvariene, de andre forholdene holdes helt likt i alle akvarier. Sikre observasjoner Det kan være vanskelig å telle alle vannlopper i akvariet. Det ville ta lang tid, og hvordan måtte det i så fall foregå i praksis? For å finne ut hvor mange vannlopper det er i akvariet, tar vi en vannprøve på for eksempel 100 milliliter. Vi teller antallet individer i prøven. Hvis akvariet er på 100 liter, kan vi gange antallet vi telte i vår prøve, med Da får vi et

9 10 kapittel 1 omtrentlig tall på mengden av vannlopper i akvariet. Men er vi sikre på at det antallet vi har kommet fram til ved å gange med 1000, ligger nær opp til det virkelige antallet vannlopper i akvariet? Hva om vannloppene i akvariet «klumper seg»? Da fikk vi kanskje med oss for mange eller for få vannlopper i prøven vår. Vi må altså først forsikre oss om at prøven vi tar, er en representativ prøve. For å være sikker på at tilfeldighetene ikke spiller oss et puss, kan vi ta flere vannprøver. Når vi tar gjennomsnittet fra flere prøver, kan vi redusere risikoen for at vi ved en tilfeldighet har fått et for lavt eller for høyt antall. Feil og usikkerhet Når vi gjør observasjoner, kan det oppstå feil. Det kan være en tilfeldig feil, for eksempel fordi vi teller feil eller leser av en feil verdi på et måleinstrument. Ved feil bruk av et måleinstrument kan vi få feil verdier. Når et instrument vi bruker, ikke er riktig innstilt, får vi en feil i alle de målingene vi gjør. Vi snakker da om en systematisk feil. Mange ganger vet vi at vi gjør feil. Når vi vet at det er snakk om små feil som ikke vil få betydning for det endelige resultatet, kan vi se bort fra dem. I enhver undersøkelse bør det være med en vurdering av mulige feilkilder og av den betydningen de kan ha for resultatet. Usikkerhet i målinger er ikke det samme som feil. Det vil alltid være en usikkerhet i alle målinger vi gjør, selv om det ikke er feil. La oss anta at vi vil gjøre nøyaktige målinger av temperaturen i en væske i en kolbe. Vi bruker et digitalt termometer som gir oss måleverdier med to desimaler, altså to siffer etter komma. Fem målinger gir følgende resultat i grader celsius: Måling nr Målt temperatur i o C 11,26 11,20 11,22 11,21 11,25 Vi regner ut gjennomsnittsverdien: (11, , , , ,25): 5 = 11,228

10 naturvitenskap og naturfag 11 Vi runder av til 11,23. Hvor stor er usikkerheten i denne verdien? Et mål for usikkerheten er hvor stort avvik det er mellom gjennomsnittsverdien og de verdiene som ligger lengst fra gjennomsnittsverdien. Forskjellen mellom den største verdien og den minste verdien vi har målt, er 11,26 11,20 = 0,06. Halvparten er 0,03. Når vi oppgir måleverdien vår, kan vi oppgi dette som et mål for usikkerheten: Den målte verdien er 11,23 ± 0,03 En skjematisk modell av et atom.

11 12 kapittel 1 Oppgaver 1 Vi tenker oss at klassen har fått i oppdrag å avgjøre hvor lang en alen skal være. Ordet alen betyr opprinnelig underarm. Alen var navnet på lengden fra albuen til langfingerspissen. Hvordan vil dere gå fram? 2 Hva er den minste temperaturforskjellen du klarer å registrere ved å stikke hånden ned i vann med ulike temperaturer? Har temperaturen på vannet noe å si for temperaturforskjellen du klarer å registrere? Hvordan ville du legge opp en undersøkelse som kan gi svar på disse spørsmålene? 3 Sett strek mellom det som hører sammen. lengde K usikkerhet temperatur en fot forenkling av virkeligheten 30,48 cm tolv tommer modell en fot meter ikke det samme som feil

12 naturvitenskap og naturfag 13 4 Vi tenker oss at fire elevgrupper skal forsøke å finne ut hvor mange vannlopper det er i et akvarium. Akvariet er på 200 liter. Tabellen viser hvordan gruppene gikk fram, og hvilke resultater de fant. Kommenter arbeidet til hver av gruppene. Gruppe Framgangsmåte Antall prøver Prøvestørrelse Antall individer i prøven(e) Beregning av antall individer i akvariet I Prøver fra ulike steder i akvariet ml 40, 72, 47 ( ) : 3 = = II Prøver fra ulike steder i akvariet ml 31, 28, 18, 40, 22 ( ) : 5 =27,8 27, = III Prøver fra overflaten ml 35, 41, 30, 40, 38 ( ) : 5 = 36,8 36, = IV Prøver fra ulike steder i akvariet ml 34, 20, 29, 41, 17 ( ) : 5 = 28,2 28,2 200 = Sett ordene på riktig plass: forstørret protonene kuler modeller kjernen elektronskall Vi tegner ofte av atomer. I en atommodell er ofte markert med plusstegn og plassert i midten av atomet, i. Elektronene er tegnet som små prikker på sirkler rundt kjernen. Sirklene skal illustrere. Modellen er kraftig i forhold til virkeligheten. På modellen ser atomene ut som flate sirkler, mens de i virkeligheten kan sammenlignes med små.

13 14 kapittel 1 6 Gjør ferdig begrepskartet. Figurer Hva er det? Egenskaper Begrepet Eksperimenter Eksempler

14 naturvitenskap og naturfag 15 7 a Er fargen i det midtre feltet lik i begge ender? Dekk ytterfeltene med papir. Hvordan ser det midtre feltet ut nå? b Klarer du å se både ansiktene og vasen? c Når du ser på dette bildet, vil hjernen din fylle ut den manglende informasjonen slik at du ser en firkant selv om sidene mangler. d Hvilken av de vertikale linjene er lengst?

15 16 kapittel 1 8 Svaralternativ Rett svar Hva gjør en A B C A B C Botaniker studerer bier studerer fisker studerer planter Astronom skriver horoskop studerer verdensrommet er en astrolog Geolog studerer jordskorpa kartlegger gener studerer verdensrommet Arkeolog daterer gamle funn jobber på et arkiv tegner hus Zoolog studerer blåveis studerer dyr studerer alger Glasiolog studerer galakser studerer isbreer studerer fjell Fysiolog masserer vonde muskler studerer fysikk studerer hvordan kroppen virker Meteorolog melder været studerer meteorer studerer metropoler Toksikolog jakter på giftstoffer lager medisiner lager E-stoffer Radiograf lager grafer tar røntgenbilder bruker radiobølger Farmasøyt lager turbiner lager fargestoffer lager medisin Astrolog er en astronom skriver horoskop studerer verdensrommet

16 naturvitenskap og naturfag 17 Nett- og gruppeoppgaver Nettressurser til flere av disse oppgavene finner du på 9 Temperaturskalaer Temperatur oppgis vanligvis i grader celsius. I noen land bruker de grader fahrenheit. Etter det internasjonale SI-systemet skal vi bruke målenheten kelvin. Finn ut litt om hver av disse måleenhetene og om sammenhengen mellom dem. 10 Måleenheter a b c d Hvor stort er et mål? Hvor stor er en favn? Hvor mye er en gallon? Finn flere eksempler på gamle måleenheter som fortsatt er i bruk. 11 Reklame I reklamen vises det ofte til såkalte vitenskapelige undersøkelser for å overbevise kjøperen om hvor fortreffelig et produkt er. Finn eksempler på dette blant ulike produkttyper. Forslag til korte foredrag Historien til en av enhetene i SI-systemet Gamle måleenheter Prefikser Naturvitere i arbeidslivet Aristoteles Galileo Galilei Placeboeffekt

17 18 kapittel 1 Forsøk KOPPER Utstyr: Termometer Varmt vann Du har fått i oppgave å arrangere fotballturnering. Under denne fotballturneringen skal det selges varme drikker. Før du går til innkjøp av kopper, bestemmer du deg for å undersøke hvilke kopper du bør kjøpe inn. Du ønsker at koppene skal holde drikken varm lengst mulig. Hvordan vil du gå fram for å undersøke det? Ulike kopper (pappbeger med og uten hank, isoporbeger, plastkopp osv.) Gjennomfør forsøket. Hvilken kopp egner seg best? Til videre arbeid: Tenk deg at du får i oppgave å konstruere en super kopp. Hvordan vil den se ut?

18 naturvitenskap og naturfag 19 VI SER PÅ BLADCELLER I LYSMIKROSKOPET Utstyr: Lysmikroskop Hensikten med denne øvelsen er å bli kjent med hvordan lysmikroskopet er bygd opp og virker. Vi skal lære å lage et mikroskopipreparat. Vi skal se på celler som inneholder kloroplaster. Det er i slike celler fotosyntesen foregår. Objektglass Dekkglass Dråpeteller Pinsett Fagermose

19 20 kapittel 1 1 Se på mikroskopet. Finn alle delene som er navngitt på figuren. 2 Slå på lyset til mikroskopet. Drei på revolveren til det minste objektivet peker nedover. Du kjenner et klikk når objektivet er på plass. Se gjennom okularet og vri på blenderen. Du ser at du kan regulere lysstyrken. 3 Lag et vannpreparat av et moseblad slik figuren nedenfor viser. Vann utenfor dekkglasset kan du tørke bort med et stykke tørkepapir. Har du for mye vann under dekkglasset, kan du få sugd opp noe ved å stikke et stykke tørkepapir inntil kanten av dekkglasset. 4 Legg objektglasset med vannpreparatet på objektbordet med dekkglasset og bladet rett over hullet i objektbordet. Det minste objektivet skal fortsatt peke nedover. Begynn alltid undersøkelsene gjennom mikroskopet med det minste objektivet! 5 Se på bladet gjennom mikroskopet. Flytt på objektglasset til bladet ligger midt i synsfeltet. For å få et skarpt bilde må du skru objektbordet ned eller opp ved hjelp av grovinnstillingsskruen. Vær forsiktig når du skrur objektbordet oppover, slik at objektivet ikke berører dekkglasset. 6 Du får et helt skarpt bilde ved å skru på fininnstillingsskruen. Finn en passende lysstyrke ved å skru på blenderen. Hva ser du? Kan du se om bladet har tenner og annerledes celler i bladkanten? Kan du se hva som gir bladet grønnfarge? 7 Utenpå okularet står det hvor mange ganger det forstørrer. På siden av objektivet står det hvor mange ganger objektivet forstørrer. For å finne ut hvor mye bladet er forstørret, ganger du de to verdiene med hverandre. Hvor mange ganger er preparatet ditt forstørret?

20 naturvitenskap og naturfag 21 8 Når bladet er midt i synsfeltet og bildet er skarpt, kan du forstørre mer ved å dreie revolveren til det neste objektivet er på plass. Du må ikke endre på grovinnstillingen, men du vil se at du må justere litt med fininnstillingen. Du kan også justere lysstyrken. Hvor mange ganger er bladet forstørret nå? Kan du se strukturer som du ikke så ved den minste forstørrelsen? Se også på bladranden. 9 Forstørr så mye som mulig. Hvor mange ganger er bladcellene forstørret nå? Kan du se cellevegg, cellekjerne og kloroplaster?

21 22 kapittel 2

22 2 Økologi økologi Mennesket endrer miljøet 2.2 Naturmiljøet 2.3 Populasjoner 2.4 Økosystemer i endring Økologi er læren om samspillet og sammenhengene i naturen. Økologi handler også om mennesket, om den rollen mennesket har i naturmiljøet, og hvordan mennesket virker inn på dette miljøet. Dette kapitlet tar for seg den delen av økologien som studerer hvordan bestander av dyr og planter utvikler seg. Videre handler det om hvordan naturen kan endre seg over tid. Eksempler på spørsmål vi skal finne svar på, er: Hvordan utvikler bestander av planter og dyr seg når de får vokse uten begrensninger? Hva er det som gjør at bestander ikke kan vokse i det uendelige? Hva er årsaken til lemenår? Vil folketallet på jorda slutte å øke i framtiden? Hva er økologiske suksesjoner?

23 24 kapittel 2 Naturlige svingninger Naturen omkring oss endrer seg hele tiden. Det har den alltid gjort. Enkelte år oppleves myggplagen i fjellet som verre enn noensinne. Andre år er det lite mygg å se. Jegere kan fortelle om gode og dårlige rypeår. Lofotfiskerne har lenge visst at mengden av torsk varierer fra år til år, og at torsken enkelte år gyter nærmere land enn andre år. At det er variasjoner fra år til år, oppfatter de fleste som naturlig. Men når vi kan se en tendens, for eksempel at det år etter år er stadig mindre stortorsk i fangstene, fyller det oss med en viss bekymring. Er det noe som er galt? Eller er det bare en del av en naturlig svingning som strekker seg over en lengre periode? Problemet er hvordan vi skal kunne skille mellom naturlige variasjoner og endringer som vi kanskje selv kan være årsaken til. Det er fortsatt mye vi ikke vet om de naturlige endringene i naturen. Forskere i mange land arbeider for å få ny kunnskap om sammenhengene, og om både de naturlige endringene i naturen og de endringene som vi selv er årsak til.

24 økologi Mennesket endrer miljøet Så lenge mennesker har levd på jorda, har de påvirket miljøet rundt seg. Mennesket har grunnlagt byer, dyrket opp jordbruksarealer og bygd ut systemer for transport av mennesker og varer til alle verdenshjørner. Menneskets evne til å bruke og å omforme miljøet rundt seg for å skape gode livsmiljøer for seg selv har ført til store endringer av det opprinnelige miljøet. Mennesket høster av naturressursene, erstatter naturlige miljøer med kunstige miljøer og slipper ut avfallsstoffer i vann, jord og luft. Antallet mennesker på jorda stiger stadig, og «presset» på miljøet fortsetter å øke. Drivkraften er å gi mennesker gode livsvilkår, men i mange tilfeller er kostnadene høye. Kostnadene er at viktige ressurser brukes opp, at avfallsstoffer forurenser jord, vann og luft, og at stadig mer av det naturlige miljøet blir ødelagt. Selv om mennesker skaper sine egne livsmiljøer, er mennesker avhengig av naturmiljøet rundt seg med mangfoldet av planter, dyr og andre organismer. Mange spør seg om vi kan fortsette å påvirke miljøet rundt oss i samme takt, og om vi tar nok hensyn til senere generasjoners behov. Det er i dag bred enighet om at menneskets påvirkning av miljøet må være bærekraftig. Det vil si at påvirkningen av miljøet ikke skal være større enn det som tåles i et lengre tidsperspektiv. Vi må ikke komme i den situasjonen at ressursene er brukt opp, og at så mye av naturmiljøet er ødelagt at vi også har ødelagt for kommende generasjoner. Mennesket endrer sitt eget og andre organismers livsmiljø.

25 26 kapittel 2 Overvåkning gjennom lange tidsserier Strandnotundersøkelse tidlig på 1900-tallet og i Siden 1990 har Norsk institutt for naturforskning årlig samlet data om naturtilstanden i utvalgte områder i Norge. De syv områdene som er valgt ut, er spredt over hele landet. De fleste er vernede områder og er ikke utsatt for endringer i arealbruk. De organismene som overvåkes spesielt, er lav og alger på trær, moser, markvegetasjon, smågnagere, spurvefugl, rype, jaktfalk og kongeørn. I overvåkningsprogrammet inngår også målinger av miljøgifter i rovfuglegg. Hensikten med overvåknings-programmet er å få mer kunnskap om de naturlige variasjonene i naturen. På denne måten vil vi lettere kunne oppdage endringer som kan skyldes menneskelig aktivitet. Jo lenger en tidsserie varer, desto mer kunnskap kan den gi oss om naturlige endringer. En av de beste tidsseriene vi har, er de årlige undersøkelsene som er gjort av fisk og annet liv i havet på mer enn 100 lokaliteter langs Skagerakkysten. Undersøkelsene har blitt utført hvert år siden 1919 på nøyaktig samme måte. En bruker en strandnot for å fange alt som finnes over et bunnareal på nærmere 700 m 2. Hvert år tas prøvene på nøyaktig samme sted og med samme redskap. I årenes løp har en måttet skifte ut nota flere ganger, men nye nøter ble hver gang laget nøyaktig etter de gamle målene. Denne tidsserien har blant annet vist at det er kortsiktige svingninger i mengden småtorsk som vokser opp langs Skagerakkysten. De kortsiktige svingningene opptrer med 2 til 2,5 års mellomrom og skyldes trolig kannibalisme og konkurranse om mat mellom en årsklasse og den ett år eldre årsklassen. Den yngste årsklassen taper mot dem som er ett år eldre, og det er derfor sjelden to sterke årsklasser i påfølgende år. Ett år senere vil det være en ny årsklasse som er yngst. Disse vil greie seg bra fordi årsklassen over dem ble redusert året før. 2.2 Naturmiljøet Økologi er læren om samspillet og sammenhengene i naturen. Mennesket er en del av naturen, og økologi handler også om mennesket, om den rollen mennesket har i naturmiljøet, og om hvordan det virker inn på dette miljøet. Organismer er tilpasset det miljøet de lever i. De lever i samspill med hverandre og det miljøet

26 økologi 27 de er en del av. Sammenhengene i naturen kan være kompliserte. Økologien er den delen av naturvitenskapen som forsøker å gi kunnskap om sammenhengene og de naturlige og menneskeskapte forandringene som skjer i naturmiljøet. Tilpasninger Rypa har gråbrun fjærdrakt om sommeren, mens den er nesten helt hvit om vinteren. Det er en tilpasning til miljøet rypa lever i. Soldogg er en plante som vokser på næringsfattige myrer. Den har et dårlig utviklet rotsystem. Likevel klarer soldogg å skaffe seg de nødvendige næringsstoffene. Den lever av insekter som setter seg fast på de klebrige kjertelhårene på bladet. Kjertelhårene skiller ut enzymer som gjør at de bløte delene av insektet blir fortært. Soldoggens fangst av insekter er en tilpasning til det næringsfattige miljøet den lever i. Soldogg er en kjøttetende plante. Mimikry Rype i sommerdrakt og i vinterdrakt. Vi vet at veps kan stikke, og det er nok til at vi er på vakt når en veps kommer i nærheten. Men kanskje har du noen ganger også latt deg skremme unødvendig. Noen blomsterfluer ligner mye på veps. De lever av nektar de suger ut av blomster, og kan ikke stikke. De kan lett skilles fra vepsen på at de kan stå helt stille i lufta, nokså lenge. Vepsen greier ikke stå helt stille i lufta. Ved at blomsterfluene etterligner veps, lurer de ikke bare oss, men også insektetende fugler. De fleste fuglene holder seg unna vepsen, og blomsterfluene drar god nytte av at de blir forvekslet med veps. Også hos enkelte andre ikke-stikkende insekter kan vi se det gule og svarte stripemønsteret. De gule og svarte stripene til vepsen ser ut til å fungere som et «faretegn» i naturen, noe som også andre insekter bruker som et

27 28 kapittel 2 Blomsterflua på bildet til høyre etterligner vepsens gule og svarte striper. Det kan lure både insektetende fugler og oss. vern mot å bli spist opp. Når dyr utvikler ytre kjennetegn som fungerer som etterlignere av andre dyr, kaller vi det mimikry, av det greske ordet for «herme». Samspill og sammenhenger Organismer kan virke inn på sitt eget livsmiljø og også på livsmiljøet til andre organismer. Planterøtter sprenger løs berggrunnen slik at det dannes jord. Trærne som vokser opp i en skog, gir ly for vinden, og etter hvert som skogen vokser til, hindrer den tette skogen sollyset i å nå ned til skogbunnen. Når mange dyr beiter i et område i lang tid, fører det til slitasje på plantedekket, og jordsmonnet kan bli vasket vekk med regnvannet. Gjennom sin bruk av naturen har mennesket ofte endret sitt eget og andre organismers livsmiljø. Organismer påvirker også hverandre. Dyr spiser planter eller andre dyr og kan selv bli spist. Noen organismer forårsaker sykdommer hos andre. Organismer påvirker også hverandre når de konkurrerer om føde eller plass. Dovrefjell er et av de siste fjellområdene hvor det lever både villrein, jerv, fjellrev og rovfugler som kongeørn, jaktfalk og fjellvåk. Jerven spiser blant annet rein. Fordi de eldste og svakeste reinene er et lettere bytte for jerven enn de unge og friske reinene, er jerven med på å opprettholde en sunn villreinstamme. Jerven gjemmer gjerne noe av byttet den tar. Matlageret til jerven er en viktig næringskilde for fjellreven. Jerven kan også ta sau, og det har ført til konflikter. Noen mener at vi derfor må redusere bestanden av jerv i området. Hvordan vil det på sikt kunne virke inn på villreinstammen? Hvordan vil det gå med fjellreven om jervebestanden reduseres? Både jerv og fjellrev er truede dyrearter, og Norge har gjennom internasjonale avtaler forpliktet seg til å verne om truede planter og dyr.

28 økologi 29 Fjellrev Arter og populasjoner I Norge finnes det både fjellrype og lirype. Fjellrype er vanligst i høytliggende fjellområder, mens lirype er mer vanlig i lavereliggende områder. Fjellrype og lirype ser noe forskjellig ut, og de foretrekker forskjellige miljøer. Der fjellrype og lirype finnes i samme område, vil de normalt ikke få avkom med hverandre. Fjellrype og lirype er derfor forskjellige arter. Alle fjellryper innenfor et bestemt område utgjør områdets bestand eller populasjon av fjellryper. Art: Alle individer som naturlig kan få avkom med hverandre. Populasjon: Alle individer av en art i et bestemt område. En populasjon kalles også en bestand eller stamme. Raser av samme art Hund og katt er ulike arter. Eple og appelsin er også ulike arter. Forskjellige arter kan ikke få fruktbart avkom med hverandre. Innenfor hundearten er det blitt avlet fram mange raser, som schæfer, bokser og cocker spaniel. Hunderasene kan få fruktbart avkom med hverandre. Av epler og appelsiner finnes det også ulike raser. Det er vanligst å bruke betegnelsen «sort» når det gjelder planter, vi snakker for eksempel om eplesortene Gravensten og James Grieve. Noen ganger kan de enkelte sortene eller rasene bli svært ulike. Visste du for eksempel at blomkål, brokkoli og vanlig hodekål alle er sorter eller raser av én og samme art? «Raser» er et begrep som vi i hovedsak bruker om de ulike sortene og variantene som finnes av kulturplanter og husdyr. Ulikhetene mellom rasene av husdyr og kulturvekster er et resultat først og fremst av bevisst avlsarbeid, med krysninger og utvelgelse av bestemte individer.

29 30 kapittel 2 Samfunn og økosystem Fjellrypa holder gjerne til i nærheten av vierkratt og lyng. Der finnes det også andre planter, fugler, insekter og andre dyr. Populasjonene av disse artene utgjør til sammen et samfunn. Ofte skiller vi mellom plantesamfunn og dyresamfunn. Artene i samfunnene lever i samspill med hverandre og miljøet omkring. Alle plante- og dyresamfunnene i et område, sammen med det miljøet de lever i, er et økosystem. Eksempler på det er et fjellområde, en innsjø eller et havområde. Samfunn: Alle populasjoner av planter og dyr som normalt lever sammen i et område. Økosystem: Alle plante- og dyresamfunn i et område, sammen med det miljøet de lever i. Økosystemet i fjellet. Avsnitt 2.1 og 2.2: 1 Nevn noen arter som kan ha store svingninger i antall individer fra år til år. 2 Gi eksempler på tilpasninger i naturen.

30 økologi 31 3 Gi eksempler på samspill mellom arter. 4 Hvordan vil det på sikt virke inn på villreinbestanden på Dovrefjell dersom vi reduserer bestanden av jerv i området? 5 Hvordan vil det gå med fjellrevbestanden på Dovrefjell dersom bestanden av jerv i området reduseres? 6 Fjellrype og lirype er to forskjellige arter. Hva vil det si, og hvor trives disse artene best? 7 Hva er forskjellen på et samfunn og et økosystem? 2.3 Populasjoner Populasjonsvekst I et forsøk ble noen få vannlopper sluppet opp i et akvarium. Det var rikelig med næring for vannloppene i akvariet. Etter 30 dager hadde antallet vannlopper økt til ca Vannloppepopulasjonen fortsatte å vokse. Etter 45 dager var det ca individer. Men deretter sluttet populasjonen brått å vokse, og antallet vannlopper begynte å avta igjen. kontrolloppgaver Faktorer som regulerer populasjonsvekst Alle organismer etterlater seg mer avkom enn hva som trengs for at antallet individer skal forbli det samme. Derfor vokser populasjoner så lenge det ikke er noe som hindrer veksten. I akvarieforsøket med vannlopper var det mangel på næring som stoppet videre vekst. Hadde det vært fisk i akvariet, ville vannloppepopulasjonen trolig ikke kunnet vokse seg så stor som den gjorde. Matmangel og naturlige fiender er eksempler på faktorer som regulerer veksten i en populasjon. Andre eksempler på faktorer som gjør det, er plassmangel og opphoping av avfallsstoffer. Ingen populasjoner kan vokse uendelig. Er det flere kråker nå enn før? Når nettene blir lange og kulda setter inn, samler kråkene seg i store flokker. De største samlingene finner vi vinterstid, midt på dagen, ved søppelfyllinger og i fjæra. Om kvelden samles de på faste plasser for felles overnatting i tette flokker i skogholt og tregrupper i byer og tettsteder. De store, støyende kråkeflokkene vinterstid kan lett få oss til å tro at det har blitt mange flere kråker. Men har det egentlig det? Undersøkelser har vist at hekkebestander av kråke er meget stabile fra